CN103895200B - 熔融树脂材料的注射模式模拟方法和使用该方法的树脂成型品制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种熔融树脂材料的注射模式模拟方法和使用该方法的树脂成型品制造方法，采用该树脂成型品制造方法，即使在使用系列型腔成型用的模具来得到树脂成型品的情况下也能够抑制喷射痕现象的产生并高效地制造高品质的树脂成型品。本发明的注射模式模拟方法包括以下工序：流速模拟工序（S1），对以相同的注射速度向模具注射熔融树脂材料时的模具内的熔融树脂材料的流速进行模拟；以及注射模式模拟工序（S2），根据对流速进行模拟后的结果，对用于使上模具内的熔融树脂材料的流速为大致恒定的、熔融树脂材料向模具注射的注射模式进行模拟。之后，根据模拟出的注射模式向模具注射熔融树脂材料而制造树脂成型品。

Description

熔融树脂材料的注射模式模拟方法和使用该方法的树脂成型品制造方法

技术领域

本发明涉及熔融树脂材料的注射模式模拟方法（日文：射出パターンシミュレート方法）和使用该方法的树脂成型品制造方法。

背景技术

通常，广泛应用利用计算机模拟来对注塑成型中的流体流动过程进行再现的分析方法。上述注塑成型过程的分析方法在树脂成型品的产品开发中对高品质化、效率化以及低成本化做出贡献。

作为用于制造树脂成型品的模具，除了一次注塑成型能制造1个树脂成型品的单腔成型用的模具之外，还公知有一次注塑成型能成型多个相同形状的树脂成型品的多型腔成型用的模具、利用一个模具同时进行不同形状的成型品的成型的系列型腔（日文：ファミリーモールド）成型用的模具。由于用于系列型腔成型的模具能够进行不同形状的树脂成型品的成型，因此能够以低成本生产树脂成型品，另一方面，在注入熔融树脂并向各个模腔填充树脂的过程中，各模腔内的树脂的填充完成的时刻不同，因此，每完成填充一个模腔，向其他没有完成填充的模腔注入树脂的流速就会上升。由于树脂的流速上升，因此，容易产生因喷射痕（日文：ジェッティング）而导致的表面外观不良。为了抑制该外观不良，也可以考虑将注射速度抑制得较低，但这样一来，容易产生所谓的流纹（日文：湯ジワ）（树脂成型品的表面的褶皱）、麻面（树脂成型品的表面的凹凸不平）这样的表面外观不良。

为了解决该问题，例如提出一种利用计算机进行解析的数值分析方法，该数值分析方法使用将分析对象物的形状分割成多个微小单元的分析模型来对注塑成型过程中的注塑成型材料的流动情况进行模拟，其中，该数值分析方法包括以下工序：将树脂流路的一部分或整个树脂流路分割成多个微小的线单元的工序；对上述树脂流路的截面形状进行定义的工序；根据上述截面形状将上述线单元的截面分割成多个微小的二维单元的工序；以及使用上述二维单元来分析上述树脂流路的截面内温度分布的工序（参照专利文献1）。采用该方法，能够在短时间内设计具有弯曲、分支这样的复杂的流路的结构的树脂成型模具。

专利文献1：日本特开2009－23254号公报

但是，在树脂材料的注塑成型法中，自注塑成型机的喷嘴将熔融了的树脂材料经由塑料成型用模具的流路并通过浇口注射到模腔内而进行成型。此时，存在以下情况：若自浇口向模腔内以较高的流速注射熔融树脂，则熔融树脂材料会直接冲击模腔的纵深侧部分（日文：キャビティ奥部）而产生所谓的喷射痕。在产生喷射痕时，熔融树脂材料的充填和固化自模腔纵深侧开始，或者树脂被以包围直接冲击而固化的树脂的周围的方式填充，从而填充动作与通常不同，变得不稳定，从而会产生以下问题：成型后的成型体的尺寸不稳定，先固化的部位外观不良，成型体的强度不足，以及由于气体的卷入而产生飞边痕迹（日文：フラッシュマーク）、气泡等。

在向模具注射熔融树脂材料时，若模具内的熔融树脂材料的流速较高，则容易引起喷射痕。由于系列型腔成型用的模具利用一个模具同时成型不同形状的成型品，因此，每完成向一个模腔的填充，向其他模腔填充的树脂的流速就会上升，因而与单腔成型用的模具相比，容易引起喷射痕。另一方面，若为了抑制树脂流速的上升而使注射速度低速化，则容易产生流纹、麻面等流痕。对于设有多个相同形状的模腔的多型腔成型用的模具，通常采用以下方法：设计流道的形状、配置，以大致同时向各模腔填充树脂，并使树脂大致均匀地填充到各模腔，但是，在采用系列型腔成型模具时，难以实施这样的方法。

并且，专利文献1所记载的方法的目的在于在短时间内进行用于调整产品模腔之间的填充平衡的流道平衡设计，这在多型腔成型用模具中是有效的，但与本申请的、以利用没有实现模腔之间的填充平衡的模具进行成型为前提的问题解决方法不同。

发明内容

本发明是为了解决以上那样的问题而做出的，其目的在于提供一种即使在使用系列型腔成型用的模具来制造树脂成型品的情况下也能够抑制喷射痕现象的产生并高效地制造高品质的树脂成型品的方法。

本发明人为了解决上述那样的问题而进行了深入研究。结果发现，首先，对在以相同的注射速度向模具注射熔融树脂材料时的模具内的熔融树脂材料的流速进行模拟，之后，对用于使模具内的熔融树脂材料的流速为大致恒定的、熔融树脂材料向模具注射的注射模式进行模拟，由此，即使模具为系列型腔成型用模具，也能够大幅抑制喷射痕现象的产生，从而完成了本发明。具体而言，本发明提供如下方法。

（1）一种注射模式模拟方法，其中，该注射模式模拟方法包括以下工序：流速模拟工序，对以相同的注射速度向模具注射熔融树脂材料时的上述模具内的上述熔融树脂材料的流速进行模拟；以及注射模式模拟工序，根据对上述流速进行模拟后的结果，对用于使上述模具内的上述熔融树脂材料的流速为大致恒定的、上述熔融树脂材料向上述模具注射的注射模式进行模拟。

（2）根据（1）所述的注射模式模拟方法，其中，上述模具是具有由至少两种以上的形状构成的N个（N是2以上的自然数）模腔的系列型腔成型用的模具。

（3）根据（2）所述的注射模式模拟方法，其中，上述系列型腔成型用的模具具有由至少两种以上的形状构成的N个（N是2以上的自然数）的模腔，上述注射模式模拟工序包括注射速度计算工序，在该注射速度计算工序中，根据从完成向上述N个模腔中的第k个（k是1～N－1的自然数中的至少1以上的自然数）模腔填充上述熔融树脂材料后到完成向第k+1个模腔填充上述熔融树脂材料为止的上述熔融树脂材料的峰值流速相对于完成向第k个模腔填充上述熔融树脂材料时的上述熔融树脂材料的流速的变化率，来计算至少两阶段的上述注射速度。

（4）根据（3）所述的注射模式模拟方法，其中，上述注射模式模拟工序是如下工序：首先，进行上述k为1时的上述注射速度计算工序，之后，对以由上述k为1时的上述注射速度计算工序计算出的注射速度向上述模具注射熔融树脂材料时的上述模具内的上述熔融树脂材料的流速进行模拟，并对由两阶段的注射速度构成的注射模式进行模拟，接下来，进行上述k为2时的上述注射速度计算工序，之后，对以由上述k为2时的上述注射速度计算工序计算出的注射速度向上述模具注射熔融树脂材料时的上述模具内的上述熔融树脂材料的流速进行模拟，并对由三阶段的注射速度构成的注射模式进行模拟，然后，以此类推重复进行上述注射速度的计算和上述熔融树脂材料的流速的模拟，直到上述k为（N－1）为止，从而得到由N阶段的注射速度构成的注射模式。

（5）一种树脂成型品制造方法，其中，在使用（1）～（4）中任一项所述的注射模式模拟方法之后，根据由上述注射模式模拟工序模拟出的上述注射模式向上述模具注射上述熔融树脂材料而制造树脂成型品。

采用本发明，即使模具是系列型腔成型用的模具，也能够大幅抑制喷射痕现象的产生。

附图说明

图1是表示本发明的注射模式模拟方法的流程图。

图2是用于实施本发明的注射模式模拟方法而使用的计算机1的简要构成图。

图3是表示系列型腔成型用的模具10的一个例子的概略俯视图。

图4表示自图3所示的模具10的浇口部11被注射的熔融树脂材料在模具10内扩展的情况。

图5是接着图4继续扩展的图。

图6中的附图标记A表示浇口部11处的熔融聚缩醛树脂的流速的模拟结果的一个例子。附图标记B表示在模拟注射模式之后，对利用该注射模式注射熔融聚缩醛树脂时的浇口部11处的熔融聚缩醛树脂的流速进行模拟后的结果的一个例子。

图7表示实施例和比较例的聚缩醛树脂成型品。

具体实施方式

以下，详细说明本发明的实施方式，但本发明并不限定于以下的实施方式，在本发明的目的的范围内，能够适当地施加变更来实施本发明。此外，对于说明重复的地方，有时适当地省略说明，上述说明并非用于限定发明的主旨。

注射模式模拟方法

图1是表示本发明的注射模式模拟方法的流程图。本发明的注射模式模拟方法包括以下工序：流速模拟工序（S1），对以相同的注射速度向模具注射熔融树脂材料时的模具内的熔融树脂材料的流速进行模拟；以及注射模式模拟工序（S2），根据对流速进行模拟后的结果，对用于使模具内的上述熔融树脂材料的流速为大致恒定的、熔融树脂材料向模具注射的注射模式进行模拟。以下，说明本发明的注射模式模拟方法的一个例子。

计算机

图2是计算机1的框图。计算机1包括控制部和存储部，上述控制部和存储部至少具有作为流速模拟模块2和注射模式模拟模块3的功能。

流速模拟工序（S1）

返回到图1，在流速模拟工序（S1）中，对以相同的注射速度向模具注射熔融树脂材料时的模具内的熔融树脂材料的流速进行模拟。

模具

模具的形状、材质并不特别限定，也可以为具有由至少两种以上的形状构成的N个（N是2以上的自然数）模腔的系列型腔成型用的模具。图3是表示系列型腔成型用的模具10的一个例子的概略俯视图。模具10具有浇口部11，其相当于由注射装置供给的熔融状态的树脂材料的入口；以及模腔12～模腔14这三个模腔，其接收自该浇口部供给过来的树脂材料。模腔12～模腔14的形状各不相同，在图3的例子中，第1模腔12的尺寸最小，接下来尺寸较小的是第2模腔13，第3模腔14的尺寸最大。因此，如图4和图5所示，自浇口部11被注射过来的熔融树脂材料在整个模具10中以大致等速扩展，首先完成向第1模腔12的填充，接着完成向第2模腔13的填充，之后完成向第3模腔14的填充。

树脂材料

树脂材料的种类并不特别限定，既可以为结晶性热塑性树脂，也可以为非结晶性热塑性树脂。

作为结晶性热塑性树脂，能够列举出例如聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚缩醛树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚苯硫醚树脂、液晶性聚酯树脂、聚酰亚胺树脂、间规聚苯乙烯树脂、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯树脂等。另外，作为非结晶性热塑性树脂，可列举出降冰片烯系单体和烯烃的加成聚合物、降冰片烯系单体的加成聚合物、降冰片烯系单体的开环聚合物和其氢化物、将芳香族乙烯基单体的聚合物的芳环部分氢化而得到的物质、将芳香族乙烯基单体和共轭二烯单体的无规或或嵌段共聚物的芳环部分氢化而得到的物质、脂环式乙烯基单体的聚合物等。上述树脂也可以两种以上混合使用。

作为所含有的除上述热塑性树脂以外的成分，其并不特别限定，也可以根据用途而适当地含有热塑性树脂以外的树脂。另外，也可以是根据需要而添加成核剂、炭黑、无机填充剂、无机烧结颜料等颜料、抗氧化剂、稳定剂、增塑剂、润滑剂、脱模剂以及阻燃剂等添加剂来赋予了所希望的特性的树脂材料。只要树脂的分子量和配混物的种类、含量在不对树脂材料的流动、固化特性等产生较大的影响的范围内，则即使是不同分子量、配方的树脂材料，也能够看成相同的树脂材料。

能够使用以往公知的流动分析软件来模拟流速，例如公知有MoldflowPlasticsInsight、AutodeskSimulationMoldflow、TIMON以及Moldex等软件。

注射模式模拟工序（S2）

接着，进行注射模式模拟工序（S2）。注射模式模拟模块3根据对流速进行模拟后的结果，对用于使模具10内的熔融树脂材料的流速为大致恒定的、熔融树脂材料向模具10注射的注射模式进行模拟。在以相同的注射速度向具有由多种形状构成的多个模腔的系列型腔成型用的模具注射熔融树脂材料的情况下，在完成向一个模腔的填充后，向其他模腔填充的熔融树脂材料的流速会较大地变化。实施注射模式模拟工序（S2）的目的在于将该变化限制在不会使外观产生不良的程度。

优选为，注射模式模拟工序（S2）具有注射速度计算工序，在该注射速度计算工序中，根据从完成向上述N（N是2以上的自然数。以下相同）个模腔中的第k个（k是1～N－1的自然数中的至少1以上的自然数）模腔填充上述熔融树脂材料后到完成向第k+1个模腔填充上述熔融树脂材料为止的上述熔融树脂材料的峰值流速相对于完成向第k个模腔填充上述熔融树脂材料时的上述熔融树脂材料的流速的变化率，来计算至少两阶段的注射速度。并且，进一步优选为，注射模式模拟工序（S2）是如下工序：首先，进行k为1时的注射速度计算工序，之后，对以由k为1时的注射速度计算工序计算出的注射速度向模具注射熔融树脂材料时的模具内的熔融树脂材料的流速进行模拟，接下来，进行在k为2时的注射速度计算工序，之后，对以由k为2时的注射速度计算工序计算出的注射速度向模具注射熔融树脂材料时的模具内的上述熔融树脂材料的流速进行模拟，然后，以此类推重复进行注射速度的计算和熔融树脂材料的流速的模拟，直到k为（N－1）为止，从而得到由N阶段的注射速度构成的注射模式。通过得到由N阶段的注射速度构成的注射模式，作为整个注射模式，每完成向一个模腔的填充，熔融树脂材料的注射速度就会变化。

通过具有上述注射速度计算工序，能够使模具10内的熔融树脂材料的流速为大致恒定，其结果，能够将向一个模腔的填充完成之后熔融树脂材料在模具内部的流速抑制在不会使外观产生不良的程度。

另外，进入到模具10内的熔融树脂材料因其温度降低而粘度升高。并且，在自开始注射熔融树脂材料起经过的时间越长，粘度越大。因此，若根据由流速模拟工序（S1）得到的注射速度本身来模拟注射模式，则在自开始注射熔融树脂材料起经过的时间较短时，能够得到大致准确的结果，但在自开始注射熔融树脂材料起经过的时间较长时，实际的注射速度会大于由模拟得到的注射模式所表示的注射速度。

因此，在本发明中，为了提高注射模式的准确性，并不根据由流速模拟工序（S1）得到的注射速度本身来模拟注射模式，而是根据注射速度的变化率来模拟注射模式。

以向图3所示的模具10注射熔融树脂材料的情况为例，以更容易理解的方式说明本发明中的注射模式模拟工序（S2）。首先，根据由流速模拟工序（S1）得到的熔融树脂材料的流速，来计算从完成向第1模腔12填充熔融树脂材料后到完成向第2模腔13填充熔融树脂材料为止的熔融树脂材料的峰值流速相对于在完成向第1模腔12填充熔融树脂材料时刻产生的、完成向第1模腔12填充熔融树脂材料时的熔融树脂材料的流速的变化率，根据该变化率来计算在完成向第1模腔12填充熔融树脂材料后的熔融树脂材料的注射速度。由此，能够得到由两阶段的注射速度构成的注射模式。

接着，使用由计算出的两阶段的注射速度构成的注射模式，来再次对模具10中的熔融树脂材料的流速进行模拟，并计算从完成向第2模腔13填充熔融树脂材料后到完成向第3模腔14填充熔融树脂材料为止的熔融树脂材料的峰值流速相对于在完成向第2模腔13填充熔融树脂材料时刻产生的、完成向第2模腔13填充熔融树脂材料时的熔融树脂材料的流速的变化率，根据该变化率来计算在完成向第2模腔13填充熔融树脂材料后的熔融树脂材料的注射速度。由此，能够得到由三阶段的注射速度构成的注射模式。

由于图3所示的模具10的模腔为3个，因此，模拟到此结束，对于模腔的数量为4个以上的情况，也是以同样的工序以此类推重复进行（模具的模腔数－1）次注射速度的计算和熔融树脂材料的流速的模拟，从而也能够求出使注入到各个模腔内的熔融树脂材料的流速为大致恒定的最佳的注射模式。

树脂成型品制造方法

在本发明中，在使用上述注射模式模拟方法之后，根据由注射模式模拟工序（S2）模拟出的注射模式，来向模具注射熔融树脂材料而制造树脂成型品。因此，使模具内的熔融树脂材料的流速为大致恒定，即使在使用系列型腔成型用的模具的情况下，也能够大幅度地抑制喷射痕现象的产生。

实施例

以下，通过实施例进一步详细说明本发明，但本发明并不受这些实施例限定。

比较例

在说明实施例之前，先说明比较例。使用流动分析软件（产品名称：MoldflowPlasticsInsightVersion6.1Revision5Build7511），来对自注塑成型机ROBOSHOTα100iA（发那科株式会社制造）以螺杆直径：36mm、料筒温度：喷嘴/C1/C2/C3/C4＝200℃/200℃/190℃/180℃/60℃、注射速度：10mm/秒这样的条件向图3所示的形状的温度被调节为80℃的模具注射熔融聚缩醛树脂（产品名称：ジュラコンM90－44，宝理塑料株式会社制造）时的模具内的浇口部处的熔融聚缩醛树脂的流速进行了模拟。将结果表示在图6中。

模拟的结果所示预测结果为：随着注射时间的经过，模具内的熔融树脂材料的流速变高。自开始填充熔融树脂材料起到完成向第1模腔填充熔融树脂材料为止（直至达到图4的状态为止）这段时间内的浇口部处的流速为30mm/秒，但这之后不久，根据预测结果流速急速上升到60mm/秒。之后，在到完成向第2模腔填充熔融树脂材料的这段时间内，浇口部处的流速一点点地降低，但在刚完成向第2模腔填充熔融树脂材料后，根据预测结果流速急速上升到140mm/秒。浇口部处的流速在暂时急速上升之后，随着熔融树脂材料的填充时间的经过而一点点地降低，可以想到这是由于随着进入到模具内的熔融树脂材料的温度的降低而粘度升高所致。

实施例

接着，说明实施例。

流速的模拟

首先，通过与比较例相同的方法来对模具内的浇口部处的熔融聚缩醛树脂的流速进行模拟。

注射模式的模拟

接着，根据对流速进行模拟后的结果，对用于使模具内的熔融聚缩醛树脂的流速为大致恒定的、熔融聚缩醛树脂向模具注射的注射模式进行了模拟。

以如下方式进行了注射模式的模拟。首先，对以恒定的注射速度（秒速为30mm）注射时的模具内的熔融树脂材料的流速进行模拟，并求出从完成向第1模腔填充熔融树脂材料后到完成向第2模腔填充熔融树脂材料为止的熔融树脂材料的峰值流速相对于完成向第1模腔填充熔融树脂材料时的熔融树脂材料的流速的变化率，在本实施例中，浇口部处的流速自30mm/秒变化到峰值60mm/秒，因此可以说变化率为两倍。

接着，使用上述流动分析软件MoldflowPlasticsInsight，对到完成向第1模腔填充熔融树脂材料的这段时间内的熔融树脂材料的注射速度为30mm/秒且之后的熔融树脂材料的注射速度为15mm/秒（30mm/秒×1/2）时的模具内的浇口部处的熔融聚缩醛树脂的流速、即使熔融树脂材料的注射速度以两阶段变化时的模具内的浇口部处的熔融聚缩醛树脂的流速进行模拟，并求出了从完成向第2模腔填充熔融树脂材料后到完成向第3模腔填充熔融树脂材料为止的熔融树脂材料的峰值流速相对于完成向第2模腔填充熔融树脂材料时的熔融树脂材料的流速的变化率。本实施例的变化率为3.75倍，对此省略图示。

接着，使用上述流动分析软件MoldflowPlasticsInsight，对到完成向第1模腔填充熔融树脂材料的这段时间内的熔融树脂材料的注射速度为30mm/秒、在之后到完成向第2模腔填充熔融树脂材料的这段时间内的熔融树脂材料的注射速度为15mm/秒、在之后到完成向第3模腔填充熔融树脂材料的这段时间内的熔融树脂材料的注射速度为4mm/秒（15mm/秒×1/3.75）时的模具内的浇口部处的熔融聚缩醛树脂的流速、即使熔融树脂材料的注射速度以三阶段变化时的模具内的浇口部处的熔融聚缩醛树脂的流速进行了模拟。将由该三阶段的注射速度构成的注射模式作为了实施例的注射模式。将结果表示在图6中。

如模拟的结果所示预测结果那样，即使随着注射时间的经过，也能够将模具内的熔融树脂材料的流速保持为大致恒定。

树脂成型品的制造

利用实施例和比较例的注射模式向模具注射熔融树脂材料，从而得到了两种聚缩醛树脂成型品。然后，观察上述两种聚缩醛树脂成型品有无喷射痕。将结果表示在图7中。

没有在实施例的聚缩醛树脂成型品上发现喷射痕。能够想到其原因在于，在向模具注射熔融聚缩醛树脂时，模具内的熔融聚缩醛树脂的流速大致均匀。

另一方面，在比较例的聚缩醛树脂成型品上发现了喷射痕。能够想到其原因在于，在向模具注射熔融聚缩醛树脂时，模具内的熔融聚缩醛树脂的流速不均匀。

附图标记说明

1、计算机；

2、流速模拟模块；

3、注射模式模拟模块。

Claims (3)

1.一种注射模式模拟方法，其中，

该注射模式模拟方法包括以下工序：

流速模拟工序，对以相同的注射速度向模具注射熔融树脂材料时的上述模具内的上述熔融树脂材料的流速进行模拟；以及

注射模式模拟工序，根据对上述流速进行模拟后的结果，对用于使上述模具内的上述熔融树脂材料的流速为大致恒定的、上述熔融树脂材料向上述模具注射的注射模式进行模拟，

上述模具是具有由至少两种以上的形状构成的N个模腔的系列型腔成型用的模具，N是2以上的自然数，

上述注射模式模拟工序包括注射速度计算工序，在该注射速度计算工序中，计算从完成向上述N个模腔中的第k个模腔填充上述熔融树脂材料后到完成向第k+1个模腔填充上述熔融树脂材料为止的上述熔融树脂材料的峰值流速相对于完成向第k个模腔填充上述熔融树脂材料时的上述熔融树脂材料的流速的变化率，并采用向第k个模腔填充上述熔融树脂材料时的注射速度除以上述变化率得到的值作为向第k+1个模腔填充上述熔融树脂材料的注射速度，从而来计算至少两阶段的上述注射速度，k是1～N－1的自然数中的至少1以上的自然数。

2.根据权利要求1所述的注射模式模拟方法，其中，

上述注射模式模拟工序是如下工序：

首先，进行上述k为1时的上述注射速度计算工序，

之后，对以由上述k为1时的上述注射速度计算工序计算出的注射速度向上述模具注射熔融树脂材料时的上述模具内的上述熔融树脂材料的流速进行模拟，并对由两阶段的注射速度构成的注射模式进行模拟，

接下来，进行在上述k为2时的上述注射速度计算工序，

之后，对以由上述k为2时的上述注射速度计算工序计算出的注射速度向上述模具注射熔融树脂材料时的上述模具内的上述熔融树脂材料的流速进行模拟，并对由三阶段的注射速度构成的注射模式进行模拟，

然后，以此类推重复进行上述注射速度的计算和上述熔融树脂材料的流速的模拟，直到上述k为(N－1)为止，

从而得到由N阶段的注射速度构成的注射模式。

3.一种树脂成型品制造方法，其中，

在使用权利要求1或2所述的注射模式模拟方法之后，根据由上述注射模式模拟工序模拟出的上述注射模式，向上述模具注射上述熔融树脂材料而制造树脂成型品。